ES2313446T3 - Instalacion de gases de escape para un automovil. - Google Patents
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Abstract
Instalación de gases de escape para un automóvil, con como mínimo un sistema depurador de gases de escape (16) y como mínimo un dispositivo regenerador (20) para el sistema depurador de gases de escape (16) mediante el cual puede introducirse en el flujo de gases de escape, por delante del sistema depurador de gases de escape (16), un líquido oxidable en forma de vapor, incluyendo el dispositivo regenerador (20) un cárter (22) con una cámara (28) conformada en su interior así como un elemento calefactor (32) posicionado en la cámara (28), y presentando el cárter (22), ubicado en el interior del flujo de gases de escape, por su lado corriente arriba, una abertura de entrada (24) para gases de escape, y por su lado corriente abajo una abertura de salida (26), caracterizada porque el cárter (22) presenta esencialmente una figura en forma de tubo con un extremo corriente arriba terminado en punta.
Description
Instalación de gases de escape para un
automóvil.
La invención se refiere a una instalación de
gases de escape para un automóvil, según el concepto principal de
la reivindicación 1. Los sistemas de depuración de gases de escape
en el sentido de la invención pueden abarcar especialmente filtros
de partículas de gasoil y catalizadores acumuladores de
NO_{x}.
Para el cumplimiento de las normas según las
leyes de medio ambiente, es necesario depurar los gases de escape
de vehículos impulsados por motores de explosión. Así por ejemplo,
para reducir las emisiones en forma de partículas de vehículos
accionados por gasoil se aplican filtros de partículas adecuados.
Tales filtros de partículas tienen que ser regenerados de vez en
cuando mediante combustión de las partículas acumuladas en la
superficie del filtro. Para ello, normalmente se intercala delante
del filtro de partículas de gasoil un catalizador por oxidación,
que produce el calor necesario para la combustión de las partículas
de hollín mediante oxidación de una sustancia oxidable que se
encuentra en el flujo de gas de escape.
Además se utilizan cada vez más catalizadores
acumuladores de NO_{x}, que sirven para la reducción de la
expulsión de óxido de nitrógeno. Para regenerar tales catalizadores
acumuladores es necesario un engrase del gas de escape. Para ello
se necesitan medidas especiales, sobre todo en motores diésel, que
funcionan por exceso de aire, y cuyo gas de escape por tanto
presenta también un exceso de aire.
Por tanto, para la regeneración de un filtro de
partículas de gasoil o de un catalizador acumulador de NO_{x} en
la instalación de gases de escape de un motor de mezcla desgrasada,
es necesario enriquecer de vez en cuando el gas de escape con una
sustancia oxidable. Con este fin se conocen sistemas que utilizan
adicionalmente una válvula de inyección de combustible a alta
presión, que se dispone en la zona del codo de la instalación de
gases de escape. Sin embargo, estos sistemas tienen la desventaja de
que no siempre se garantiza una mezcla suficiente del combustible
líquido con el gas de escape.
Además se conocen instalaciones (ver p.e. la EP
1 369 557 A1), en las cuales se introduce una cantidad determinada
de combustible en la cámara de calefacción de un evaporador
dispuesto fuera del flujo de gas de escape, donde se evapora el
combustible, que a continuación es introducido en el flujo de gas de
escape. Para la evaporación del combustible líquido se utiliza
principalmente una bujía incandescente que presenta un consumo de
energía relativamente elevado.
Por la US 4 576 617 se conoce un grupo
constructivo para la regeneración de un filtro de partículas, en el
cual un líquido orgánico ya evaporado es calentado, y con ello
craqueado, mediante una bujía incandescente que penetra en el flujo
de gas de escape. El gas craqueado es mezclado con gas de escape en
el interior de un cárter que rodea la bujía incandescente, y se
enciende produciendo el calor necesario para la oxidación de las
partículas de carbono en el filtro.
La US 2004/0081592 A1 muestra un sistema en el
que se evapora combustible, mediante una bujía incandescente, en un
cárter dispuesto verticalmente a la dirección del flujo de gas de
escape, y es mezclado con un flujo de gas de escape. La mezcla se
escapa a través de una abertura del cárter, estando encendido entre
la abertura y una bujía incandescente un arco voltáico.
Por la EP 0 737 802 A2, se conoce un dispositivo
de regeneración para un sistema de depuración de gas de escape, con
una bujía incandescente que penetra lateralmente en el interior de
un conducto de gas de escape, rodeada de un cuerpo cilíndrico con
aberturas laterales.
La US 4 322 387 A, que es genérica, describe un
dispositivo regenerador, intercalado delante de un filtro de
partículas, con un elemento calefactor en forma de espiral dispuesto
en el flujo de gas de escape, rodeado de un cárter cilíndrico y que
calienta el flujo de gas de escape a discreción.
En contraposición, la invención crea una
instalación de gases de escape con un dispositivo regenerador, el
cual, en comparación con los sistemas conocidos del estado de la
técnica, proporciona una distribución más uniforme del líquido
oxidable, y al mismo tiempo necesita una cantidad menor de energía
eléctrica.
Según la invención, para ello se prevé una
instalación de gases de escape con las características de la
reivindicación 1. La instalación de gases de escape dispone de un
dispositivo regenerador dispuesto en el interior de un tubo
conductor de gas de escape, y por el que pasa una parte del gas de
escape. En el cárter se prevé corriente arriba del elemento de
calefacción una tobera de inyección para el líquido oxidable, que
rocía el líquido sobre el elemento calefactor, en la dirección del
flujo de gas de escape. La disposición del dispositivo regenerador
en el interior del flujo de gas de escape presenta la ventaja de que
el elemento calefactor no solo es calentado por energía eléctrica,
sino que además lo es por los gases de escape que pasan por la
cámara del dispositivo regenerador. Así, se reduce la energía
eléctrica necesaria para la evaporación del líquido. Además, los
gases de escape que pasan por el cárter ayudan a transportar el
líquido a través del elemento calefactor.
En contraposición a una disposición de un
elemento calefactor con tobera de inyección de líquido preconectada
directamente en el tubo conductor de gas de escape, o sea sin un
cárter que rodee el dispositivo regenerador, la construcción según
la invención se caracteriza además porque mediante el cárter
protector se consigue una evaporación más completa en la
cámara.
Según la invención, el cárter presenta en
esencia una figura en forma de tubo con un extremo terminado
corriente arriba en punta. De esta manera se consigue que solamente
pase una pequeña parte del gas de escape a disposición por el
cárter, que por lo demás presenta una resistencia al flujo
relativamente reducida. Por el ensanchamiento continuado del cárter
en dirección del flujo del gas de escape, presente al menos en un
primer tramo parcial del cárter, se reduce además la velocidad de
flujo del gas en el interior del cárter. Con ello aumenta el tiempo
de permanencia del gas de escape en la cámara, lo cual también
conduce a una evaporación más completa del líquido inyectado. La
conformación del tramo de cárter dirigido corriente abajo, como tubo
cilíndrico con su extremo cortado esencialmente en perpendicular,
crea un flujo turbulento en la zona de la abertura de salida, lo
que garantiza una mezcla especialmente efectiva del gas enriquecido
proveniente del dispositivo regenerador, con el flujo de gas de
escape restante.
Como ventaja, el elemento calefactor contiene
una espuma porosa. Esta presenta una superficie especialmente
grande y eficaz para la evaporación, lo que hace posible una
transferencia elevada de calor del elemento calefactor al líquido a
evaporar. También el tiempo de permanencia del líquido en la zona
del elemento calefactor aumenta correspondientemente.
La espuma puede ser espuma cerámica o una espuma
metálica. Para el calentamiento puede estar arrollada o traspasada
por alambres de calefacción, pero también es posible aplicar un
voltaje directamente en el material poroso.
Se puede suprimir una alimentación adicional con
líquido en el vehículo, si el líquido es un combustible.
Otras características y ventajas de la invención
aparecen en la siguiente descripción basada en los dibujos
adjuntos. Los dibujos muestran:
- La figura 1, una vista parcial esquemática de
una instalación de gases de escape según la invención.
- La figura 2, una representación a mayor escala
del dispositivo regenerador, como se utiliza en la instalación de
gases de escape de la figura 1.
La figura 1 muestra una parte de una instalación
de gases de escape 10, que es acoplada posteriormente al motor
diésel de un automóvil (no mostrado). La instalación de gases de
escape 10 presenta un primer segmento de tubo 14 acoplable a un
codo mediante una brida 12, así como un sistema de depuración de
gases de escape 16, en forma de un filtro de partículas de gasoil,
con catalizador por oxidación o catalizador acumulador de NO_{x}
intercalado o integrado.
El sistema de depuración de gases de escape 16
está conectado con un tramo final, no mostrado, de la instalación
de gases de escape 10, a través de un segundo segmento de tubo 18.
Como es natural, la instalación de gases de escape según la
invención puede llevar otros elementos depuradores de gas de escape,
por ejemplo un catalizador por oxidación cercano al motor o, en el
caso de combinación de reducción de NO_{x} y partículas, un
catalizador SCR.
Para la regeneración del sistema de depuración
de gases de escape 16, se preve un dispositivo regenerador 20, que
está dispuesto en el interior del primer segmento de tubo 14,
directamente corriente arriba del sistema depurador de gases de
escape 16.
El dispositivo regenerador 20 incluye un cárter
22, básicamente en forma de tubo, que por su lado corriente arriba
termina en cono y tiene una pequeña abertura de entrada 24 para los
gases de escape (ver figura 2). Por el lado corriente abajo del
cárter 22 se prevé una abertura de salida 26, que abarca casi toda
la superficie frontal del cárter 22.
En el interior del cárter 22 hay conformada una
cámara 28 en la cual penetra una tobera de inyección 30 para
combustible. La tobera está conectada, a través de una bomba de
combustible o un dispositivo dosificador, con un conducto de
combustible del vehículo. La parte de la cámara 28 orientada
corriente abajo es ocupada casi en su totalidad por un elemento
calefactor 32, que se se compone de una espuma cerámica o metálica
porosa. Con el fin de calentarla, la espuma está rodeada o
traspasada por un alambre bajo corriente, o bien se le aplica un
voltaje directamente (espuma conductora de electricidad). Como
alternativa, puede preverse como elemento calefactor 32 también una
estructura cerámica alveolar en forma de placas, que tiene la forma
del diámetro interior del cárter 22. Lo esencial para la elección
del elemento calefactor 32 es que presente una estructura
caracterizada por una superficie lo más grande posible y que ofrezca
al gas que pasa a su través cierta resistencia, pero no
demasiada.
Para iniciar la regeneración, se inyecta
combustible en la cámara 28 mediante la tobera de inyección 30 hacia
el elemento calefactor 32. Este combustible llega al elemento
calefactor 32, que ofrece una superficie especialmente grande para
la evaporación del combustible, y se evapora. Al mismo tiempo parte
del gas de escape (sugerido en la figura 2 por flechas) entra en la
cámara 28 a través de la abertura de entrada 24, pasa a través de
los poros u orificios del elemento calefactor 32, y por fin sale
otra vez del cárter 22 a través de la abertura de salida 26,
llevando consigo el combustible ahora presente en forma de vapor.
Por tanto, se utiliza una parte del gas de escape para transportar
el combustible inyectado a través del elemento calefactor 32.
Además, el calor del gas de escape que fluye a través de la cámara
28 se utiliza para el calentamiento adicional del elemento
calefactor, con lo cual se puede reducir ventajosamente la energía
eléctrica necesaria para la evaporación del combustible. Para
iniciar la regeneración del sistema depurador de gases de escape se
usa por tanto calor producido eléctricamente, así como el calor
proveniente del gas de escape.
Gracias a la forma especial del cárter 22, con
la cámara 28 que se ensancha en la dirección del flujo, se reduce
la velocidad de flujo del gas de escape en el interior de la cámara
28. De esta manera se consigue un tiempo más largo de permanencia
del gas de escape en la cámara 28, asegurando así una evaporación
completa del combustible suministrado. La forma del cárter 22, y su
disposición en paralelo a la pared exterior del primer segmento de
tubo 14, proporcionan además una mezcla especialmente buena del gas
de escape enriquecido con combustible procedente de la cámara 28,
con el gas de escape que fluye por fuera del cárter 22.
Especialmente la conformación del cárter 22 en la zona de la
abertura de salida 26 en forma de tubo con su final abrupto,
procura fuertes turbulencias corriente abajo del cárter 22
(sugeridas por los remolinos en figura 2), que hacen posible una
dispersión óptima del combustible suministrado. A ello también
contribuye la diferencia de presiones entre los flujos de gas,
debido a las diferentes velocidades de flujo en el interior de la
cámara 28 y fuera del cárter.
Claims (7)
1. Instalación de gases de escape para un
automóvil, con como mínimo un sistema depurador de gases de escape
(16) y como mínimo un dispositivo regenerador (20) para el sistema
depurador de gases de escape (16) mediante el cual puede
introducirse en el flujo de gases de escape, por delante del sistema
depurador de gases de escape (16), un líquido oxidable en forma de
vapor, incluyendo el dispositivo regenerador (20) un cárter (22) con
una cámara (28) conformada en su interior así como un elemento
calefactor (32) posicionado en la cámara (28), y presentando el
cárter (22), ubicado en el interior del flujo de gases de escape,
por su lado corriente arriba, una abertura de entrada (24) para
gases de escape, y por su lado corriente abajo una abertura de
salida (26),
caracterizada porque el cárter (22)
presenta esencialmente una figura en forma de tubo con un extremo
corriente arriba terminado en punta.
2. Instalación de gases de escape según la
reivindicación 1, caracterizada porque el elemento calefactor
(32) incluye una espuma porosa.
3. Instalación de gases de escape según la
reivindicación 2, caracterizada porque la espuma es una
espuma de cerámica.
4. Instalación de gases de escape según la
reivindicación 2, caracterizada porque la espuma es una
espuma metálica.
5. Instalación de gases de escape según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
líquido es combustible.
6. Instalación de gases de escape según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
sistema depurador de gases de escape (16) es un filtro de
partículas de gasoil.
7. Instalación de gases de escape según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
sistema depurador de gases de escape (16) es un catalizador
acumulador de NO_{x}.
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|---|---|---|---|
| DE102005023398A DE102005023398A1 (de) | 2005-05-20 | 2005-05-20 | Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug |
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